騰訊OAV1賦能騰訊云數(shù)據(jù)萬象 提供最前沿AVIF圖片壓縮技術(shù)

量子位的朋友們 2021-09-24 12:54:06 來源：量子位

2021年8月，騰訊OAV1正式賦能騰訊云數(shù)據(jù)萬象， 為其提供最前沿的AVIF圖片壓縮技術(shù)，在圖片主觀質(zhì)量相同的情況下大幅降低碼率，節(jié)省儲存空間。

騰訊云數(shù)據(jù)萬象（Cloud Infinite，CI）是依托騰訊云對象存儲的數(shù)據(jù)處理平臺，涵蓋圖片處理、內(nèi)容審核、內(nèi)容識別、媒體處理、文檔服務(wù)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對云上的圖片、視頻、音頻、文檔等數(shù)據(jù)的處理，為客戶提供專業(yè)一體化的數(shù)據(jù)處理解決方案，滿足客戶多種場景維度的需求。作為騰訊云集大成的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品， 很早前便推出了圖片壓縮服務(wù)。

數(shù)據(jù)萬象的圖片上傳和存儲服務(wù)基于對象存儲（Cloud Object Storage，COS），可通過 COS 的上傳和接口的處理這兩種方式來管理文件。支持圖片旋轉(zhuǎn)、裁剪、轉(zhuǎn)碼、縮放等圖像編輯功能，讓圖片修改更靈活化。能針對存儲桶中的圖片進(jìn)行AVIF、HEIF、WebP、TPG等格式的轉(zhuǎn)換壓縮。相比于傳統(tǒng)的JPEG壓縮技術(shù)，他們能在擁有更強(qiáng)大的壓縮功能的同時保留圖片的細(xì)節(jié)。其中AVIF 是數(shù)據(jù)萬象集成的最新圖片壓縮能力，它的對比效果如何呢？讓我們一睹為快。

圖1 數(shù)據(jù)萬象圖片壓縮效果對比圖

圖2 AVIF與其他圖片格式的對比

對比以上壓縮圖，不難看出，在圖片質(zhì)量相似的情況下，AVIF格式的圖片大小具有絕對優(yōu)勢。AVIF圖片壓縮技術(shù)可以在幾乎不改變圖片質(zhì)量的情況下大幅降低圖片大小，方便傳輸、節(jié)省流量。

AVIF （AV1 image format）壓縮格式，是采用AV1幀內(nèi)編碼的一種圖像編碼格式，是目前最新的圖片壓縮格式。AV1是由開放媒體聯(lián)盟（AOMedia） 的成員共同推動研發(fā)的一個標(biāo)準(zhǔn)。AOM（開放媒體聯(lián)盟）成立于2015年，是一個發(fā)展開放視頻編碼的非盈利組織，其目標(biāo)是開發(fā)免專利的影像編碼格式。AOM于2019年正式發(fā)布了其第一個開源、免版權(quán)費的視頻編碼格式AV1。作為VP9下一代標(biāo)準(zhǔn)的AV1，其目標(biāo)是解決H.265昂貴的專利費用和復(fù)雜的專利授權(quán)問題，并成為新一代領(lǐng)先的免版權(quán)費的編碼標(biāo)準(zhǔn)。AV1同時提供了一個開源、免版權(quán)費、 具有更高壓縮能力、保留更佳畫面細(xì)節(jié)的圖形壓縮格式 – AVIF。相比于以往圖片壓縮技術(shù)，除了開源和免版權(quán)費這兩大亮點外，AVIF壓縮格式還因具有以下幾項優(yōu)勢而被行業(yè)廣泛關(guān)注：
1）大幅減少網(wǎng)頁下載時間，相對于JPEG、WebP, 節(jié)約超50% 帶寬；
2）支持HDR （可同時支持8，10，12比特圖片），JPEG只支持8比特；
3）可同時支持有損和無損壓縮；
4）支持電影顆粒以及其他AV1幀內(nèi)編碼所支持的功能；
5）支持包括單色圖在內(nèi)的多種色彩模式；
6）支持多種采樣格式 ，YUV4:2:0、YUV4:2:2、YUV4:4:4;
7）高兼容性，Google Chrome，Mozilla Firefox, Windows 10 等已經(jīng)支持AVIF，Netflix即將上線AVIF，越來越多公司參與支持AVIF，為其提供強(qiáng)大的生態(tài)環(huán)境。

AOM聯(lián)盟包括 Google、Facebook、Intel、Netflix、Microsoft、Tencent 等在內(nèi)的多家國際著名公司。其中，騰訊是第一家進(jìn)入AOM 董事會的中國公司。自2019年加入AOM以來，騰訊多媒體實驗室從多個角度推動AOM研發(fā)技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品的生態(tài)落地。騰訊在SVT-AV1的開發(fā)過程中，解決了多個關(guān)鍵技術(shù)問題，并在提升其穩(wěn)定性和匯編優(yōu)化等方面做出較大貢獻(xiàn)。騰訊在AV1開源實現(xiàn)中所做的工作促進(jìn)了AV1的廣泛應(yīng)用落地，讓該技術(shù)更好地服務(wù)各業(yè)務(wù)場景，受到社區(qū)的認(rèn)可。騰訊多媒體實驗室的標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)隊積極推動下一代開源視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)AV2的研發(fā)，騰訊貢獻(xiàn)了第一個被AV2采納的技術(shù)提案。截至2021年8月，騰訊貢獻(xiàn)的提案數(shù)量和圖像壓縮性能位列全球第一，視頻壓縮性能的貢獻(xiàn)全球前二，后續(xù)也會持續(xù)發(fā)力維持國際領(lǐng)先地位。不僅如此，基于多年的技術(shù)積累和強(qiáng)大的開發(fā)團(tuán)隊，騰訊多媒體實驗室所研發(fā)的編解碼技術(shù)已覆蓋多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，包括H.264、H.265、H.266、VP8、VP9、AV1、AVS、AVS2、AVS3。

AV1 編碼預(yù)測包含幀內(nèi)預(yù)測和幀間預(yù)測，AVIF是幀內(nèi)預(yù)測的一種應(yīng)用。 AV1的幀內(nèi)預(yù)測相對于以往的編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾點提升。
1. 針對包含方向性的圖像紋理，AV1采用了比VP9（10種）更多的幀內(nèi)預(yù)測方向。AV1共支持56種預(yù)測方向，包含8個主方向和每個主方向所含的6個額外方向（在每個主方向兩側(cè)以3度為步長生成）。在此基礎(chǔ)之上，AV1所采用的遞歸濾波預(yù)測（recursive filtering）能夠進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)測像素在塊邊界上的準(zhǔn)確性。
2. 針對平滑的圖像紋理，AV1新引入了3種平滑預(yù)測模式以及PAETH預(yù)測算子，可利用相鄰像素來預(yù)測當(dāng)前像素。
3. 針對不同圖像色度與亮度之間的相關(guān)性，AV1采用了CfL模式（Chroma from Luma)。該模式可利用亮度分量和色度分量的線性關(guān)系，通過亮度分量預(yù)測色度分量。除此之外，AV1還引入了調(diào)色板模式（Color Palette）和幀內(nèi)塊匹配模式（Intra Block Copy），相比于傳統(tǒng)預(yù)測模式，這兩種模式能夠更高效的預(yù)測屏幕圖像（Screen content）。

下面讓我們看看，相比于HEVC，AV1在幀內(nèi)編碼的性能上有何提升。 下圖分別展示了AV1與HEVC兩種編碼標(biāo)準(zhǔn)在UHD和HD視頻上的幀內(nèi)編碼性能， 相比HEVC，在保證圖像質(zhì)量基本一致的情況下，AV1在UHD和HD兩類視頻上的壓縮率有大幅度提高，相比于HEVC可提高14.46% 。

圖3：AV1, HM-16 編碼器UHD幀內(nèi)編碼性能對比

圖4：AV1, HM-16 編碼器HD幀內(nèi)編碼性能對比

2019年7月，在騰訊加入AOM前的三個月，多媒體實驗室啟動了騰訊AV1編碼器項目 (OAV1)， 并支持騰訊云成為了中國第一家支持AV1的云服務(wù)商。迄今為止，OAV1已更新至v0.6 版本，支持HDR與1080p30的實時轉(zhuǎn)碼。下圖是OAV1與其他兩開源AV1代碼的性能對比， 從圖中可以看出，相較市面上已有的其他開源AV1 編碼器，OAV1在壓縮能力和速度上都具有較大優(yōu)勢。

圖5：OAV1, libaom, SVT-AV1 編碼性能對比

結(jié)語 AVIF 借助AV1幀內(nèi)預(yù)測的新技術(shù)，不但可以解決圖片在保存、傳播、下載過程中的成本和效率問題，還可以在保證更高壓縮性能的基礎(chǔ)上保留更多的圖像細(xì)節(jié)、支持更多的圖片種類、傳遞更多的圖片信息，大大提升用戶體驗。 同時，作為開源技術(shù)的AVIF，已獲得AOM聯(lián)盟內(nèi)包括Google、Microsoft等在內(nèi)的多家國際著名公司的支持，Netflix、Apple也計劃提供支持。相信AVIF壓縮技術(shù)未來可期！